如何仿制响尾蛇导弹？

红外成像在军事和民用方面都有很多的用途。前面我们介绍了通过红外成像来测量体温的应用，其基本原理是斯蒂芬-玻尔兹曼方程：辐射能量与绝对温度的四次方成正比。在军事上，我们也可以利用这一原理来研制导弹的导引头。飞机的尾气管具有几千度的高温，因此，可以利用温度特征（或等价的红外辐射特征）来设计传感器，从而实现对高温目标的定位和跟踪。传感器位于导弹的前端，被称为导引头。世界上第一种红外制导空对空导弹是美制“响尾蛇”导弹（Sidew inderm issile）AIM-9，参见图4.17。

陈佳实教授参与了我国首枚红外制导导弹的研制工作，本小节的内容基于作者与陈佳实教授之间的多次交谈整理而成（不含涉密内容），作为爱国主义课程思政内容，激励我们学习老一辈科学家和科研人员“忘我工作、无私奉献、爱国敬业”的两弹一星精神。1958年9月24日，国民党空军飞机和人民解放军空军飞机在浙江温州地区上空激战，国民党空军飞机使用了当时最先进的美制“响尾蛇”导弹，解放军空军飞行员王自重壮烈牺牲。战斗结束后，有3枚美制“响尾蛇”导弹落地之后没有爆炸，被我军捡到并立刻送到了北京。《人民日报》于1958年9月29日在头版刊登了一则消息，标题是“美国侵略者指使蒋机使用‘响尾蛇’导弹”，用事实告诉世人：美帝国主义恶意干涉我国的内政。在这篇报道中，还专门刊登了“响尾蛇”导弹残骸的照片，参见图4.18。

图4.18　《人民日报》于1958年9月29日在头版刊登了一则标题为“美国侵略者指使蒋机使用‘响尾蛇’导弹”的消息，文中附上了“响尾蛇”导弹残骸的照片。(www.xing528.com)

当时还在哈尔滨军事工程学院的陈佳实教授参与了导弹的解剖和仿制；后借调到北京跟随钱学森先生从事红外导引头和制导控制系统的研制工作^[10]。许许多多像陈佳实教授一样的科研工作者，在当时物质条件极其匮乏、科研条件十分有限的艰苦环境下，经过艰苦卓绝的科研攻关与持续不断的努力拼搏，并且，在经过多次失败后仍然不放弃、不气馁，最终，成功研制出了新中国首批红外制导导弹。自此之后，我国的领空安全和人民群众的生命财产得到了更好的保护。

陈老给我们讲了两个具体的例子：1)表盘大小的红外传感器被摔碎成几百个碎片。当时，他们的工作热情都很高，日以继夜一点点地将其拼接起来；对于遗失的部分反复地做研究和推算。最终，众多科研人员在经历了无数个无眠之夜后，成功研制出了红外传感器。2)仿制出来的首枚红外制导导弹多次在打靶实验中脱靶，但是，大家并没有放弃和气馁，最终查找出了原因：导弹在空气中飞行的过程中存在气动力反馈，外加的反馈会引起飞控系统的不稳定。在解决了这一技术难点后，导弹在打靶实验中成功命中目标。

最后，我们简要介绍一下红外制导系统的工作原理（不含涉密内容）。在“响尾蛇”导弹中，红外装置用以引导导弹追踪高温目标，类似于响尾蛇通过感知附近动物的体温，从而准确地捕获猎物。图4.19中给出了红外制导过程的示意图（已脱密）。首先，通过红外成像检测高温目标，如图4.19(a)所示；然后，控制系统不断调整姿态，使得目标始终位于图像中央，如图4.19(b)所示。目标位置和图像中心位置之间的偏差，被作为反馈，输入到控制系统，用以调整相机（和相机载体）的姿态。通过对第12章的学习，我们会进一步理解：1)为什么碰撞点（又称为膨胀中心）位于图像的中心位置，以及，2)如何根据图像来调整相机载体的姿态，参见图12.2和习题12.14。